运算是模拟电路中十分重要的元件,它能组成放大、加法、减法、转换等各种电路,如何能更快更正确的分析运放电路,其实是不难的。那就是运用运放的“虚短”和“虚断”来分析电路,然后应用欧姆定律等电流电压关系,即可得输入输出的放大关系等。


那么,究竟该如何应用”虚短“和”虚断“来分析运放电路呢,以下为您详细介绍。

 


虚短和虚断


由于运放的电压放大倍数很大,一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在 80 dB 以上。而运放的输出电压是有限的,一般在 10 V~14 V。因此运放的差模输入电压不足 1 mV,两输入端近似等电位,相当于 “短路”。开环电压放大倍数越大,两输入端的电位越接近相等。“虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时,可把两输入端视为等电位,这一特性称为虚假短路,简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。

 

由于运放的差模输入电阻很大,一般通用型运算放大器的输入电阻都在 1MΩ以上。因此流入运放输入端的电流往往不足 1uA,远小于输入端外电路的电流。故 通常可把运放的两输入端视为开路,且输入电阻越大,两输入端越接近开路。“虚断”是指在分析运放处于线性状态时,可以把两输入端视为等效开路,这一特性 称为虚假开路,简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。

示例分析:如下图,是常见的反相比例运算放大电路,下面用虚短和虚断的方法来分析电路。

在反相放大电路中,信号电压通过电阻 R1 加至运放的反相输入端,输出电压 vo 通过反馈电阻 Rf 反馈到运放的反相输入端,构成电压并联负反馈放大电路。


运放的同相端接地=0V,反相端和同相端虚短,所以也是 0V,反相输入端输入电阻很高,虚断,几乎没有电流注入和流出,那么 R1 和 Rf 相当于是串联的,流过一个串联电路中的每一只组件的电流是相同的,即流过 R1 的电流和流过 Rf 的电流是相同的。


根据欧姆定律:

Is= (Vs- V-)/R1 ………a 

If= (V- - Vo)/Rf ……b 

V- = V+ = 0 ………………c 

Is= If ……………………d 

求解后可能 Vo== (-Rf/R1)*Vi
 

在分析电路的过程中,暂时不用管运放的其他特性,就根据虚短和虚断的特性来分析。当然,若运放不工作在放大区时,不满足虚短和虚断发条件,不能使用此种方法来分析。如比较器。

 

如下图,是运放实现的加法器,用虚短和虚断的方法来分析此电路。

由于电路存在虚短,运放的净输入电压 vI=0,反相端为虚地。

A:vI=0,vN=0

反相端输入电流 iI=0 的概念,通过 R2 与 R1 的电流之和等于通过 Rf 的电流故

B: (Vs1 – V-)/R1 + (Vs2 – V-)/R2 = (V- –Vo)/Rf

如果取 R1=R2=R3,由 A、B 两式解得 -Vout=Vs1+Vs2.

式中负号为反相输入所致,若再接一级反相电路,可消去负号。

 

 

虚短是运放正输入端和负输入端的电压相等,近似短路;虚断是流入正负输入端的电流为 0。只要 掌握了这一点,在运用欧姆定律,即可很容易的分析同相比例放大电路,反向比例放大电路等常用的运放放大电路。